Eine strukturierte Rehabilitation Protokoll zur Verbesserung der Multifunktions Prosthetic Steuerung: Eine Fallstudie

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, Amputierte der oberen Gliedmaßen im Umgang mit fortschrittlichen Prothesen zu schulen. Dies wird erreicht, indem die inhärenten Lernstrategien der Amputierten zur Steuerung der Rehabilitation verwendet werden. Der erste Schritt besteht darin, den Patienten Bewegungen eines Demonstrators nachahmen und wiederholen zu lassen.

Als nächstes setzt sich der Patient mit einem Computersystem auseinander, um das Lernen zu verstärken und Algorithmen für die prothetische Steuerung zu trainieren. Der letzte Schritt besteht darin, dass der Patient eine fortschrittliche Prothese selbstständig steuert. Letztendlich wird ein strukturiertes Rehabilitationstraining verwendet, um zu zeigen, dass die Verwendung von inhärenten Lernstrategien von Amputierten die fortgeschrittene prothetische Kontrolle verbessert.

Die Idee zu dieser Methode kam mir zum ersten Mal, als wir versuchten, einen Amputierten darin zu schulen, eine fortschrittliche Prothese zu kontrollieren. Leider waren die bestehenden Mustererkennungsmethoden nicht effektiv. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist von entscheidender Bedeutung, da die Methode selbst vollständig visuell ist und es sowohl für Kliniker als auch für Ingenieure wichtig ist, sie beim Training von Patienten und nicht nur von Algorithmen zu berücksichtigen.

Beginnen Sie mit der Anpassung eines individuellen Schaftes und einer Prothese an den Teilnehmer. Kalibrieren Sie die Prothesenteile und verwenden Sie die gesammelten Kalibrierdaten für die prothetische Kontrolle. Geben Sie dem Teilnehmer keine formale Schulung, sondern weisen Sie ihn an, dass er acht Aktionen ausführen wird, darunter einen Ruhezustand mit der Prothese, der die Kontrolle eines visuellen Ziels auf einem Computerbildschirm ermöglicht.

Zeigen Sie ein statisches Bild der Bewegung auf dem Bildschirm an und bitten Sie den Teilnehmer, einem visuellen Hinweis zu folgen. Zeigen Sie dann den Teilnehmern die einzigartigen und spezifischen Polardiagramme, die ihren Elektromyographie- oder EMG-Mustern entsprechen. Ermutigen Sie den Teilnehmer, dem visuellen Hinweis zu folgen, indem Sie auf den Bildschirm zeigen.

Wiederholen Sie die Aufgabe dreimal mit unterschiedlichen Armpositionen. Entspannt nach vorne greifen und quer greifen. Um das Systemtraining zu verbessern, führen Sie alle acht Aktionen und drei Kraftstufen für jede Armposition aus, um insgesamt 72 einzelne Proben des Systemtrainings zu sammeln.

Sobald das Training abgeschlossen ist, verwenden Sie die Trainingsdatensätze aus dieser Sitzung, um die Prothese zu kalibrieren und anzupassen, damit der Teilnehmer die Steuerung in Echtzeit üben kann. Ermöglichen Sie dem Teilnehmer, die Prothese durch sequentielle proportionale Steuerung oder eine Bewegung nach der anderen zu steuern, wobei die Geschwindigkeit des Geräts proportional zum Grad der Muskelkontraktionen ist. Sobald jede der acht Aktionen wiederholbar und zuverlässig ausgeführt wurde, schalten Sie das Steuerungsschema auf proportionale und gleichzeitige Steuerung um, sodass mehr als eine Bewegung des Handgelenks gleichzeitig möglich ist.

Lassen Sie den Teilnehmer dann einfache Aufgaben üben, wie z. B. das Aufnehmen eines einfachen Gegenstandes und das Legen auf die Seite. Gönnen Sie sich zwei Stunden Ruhe. Bevor Sie die Ergebnisbewertung abschließen, bewerten Sie die Leistung des Teilnehmers mit dem Southampton-Handbewertungsverfahren oder dem SHA Outcome Measure.

Vergleichen Sie die SHAP-Werte mit einer Basismessung unter Verwendung der Standardprothese des Teilnehmers. Stellen Sie sicher, dass der Teilnehmer nach Abschluss der naiven Sitzung keinen Zugriff auf die angepasste Prothese und die Steuerungsalgorithmen hat. Drei Monate nach der Durchführung der naiven Sitzung strukturiert die strukturierte Trainingseinheit die Trainingseinheit in der folgenden Reihenfolge: Nachahmung, Wiederholung, Verstärkung und prothetische Kontrolle.

Weisen Sie den Teilnehmer zur Nachahmung an, die gewünschten acht Aktionen, die der Demonstrator ausgeführt hat, in Echtzeit direkt nachzuahmen. Setzen Sie dazu den Teilnehmer in einem 45-Grad-Winkel zum Demonstrator und geben Sie einen freien Blick auf die Demonstratorhand frei, die zur betroffenen Seite des Teilnehmers passt. Führen Sie jede Aktion drei Sekunden lang aus.

Zur Wiederholung. Bitten Sie den Teilnehmer, die Aktion, die 10 Mal für 30 Sekunden nachgeahmt wurde, zu wiederholen. Beobachten Sie ohne visuelle Hinweise die entsprechende EMG-Aktivität, wie sie durch die Polardiagramme jeder Bewegung dargestellt wird.

Präsentieren Sie dem Teilnehmer dann zur Verstärkung ein visuelles Feedback seiner acht Aktionen, genau so, wie es in der naiven Sitzung zu sehen war. Bitten Sie den Teilnehmer, die Aktionen auszuführen, während er die Echtzeit-Polardiagramme mit aufgezeichneten Bewegungsüberlagerungen betrachtet, um das Lernen zu verstärken. Stellen Sie sicher, dass das Verstärkungstraining genau das gleiche ist wie das Training, das während der naiven Sitzung gegeben wird.

Sobald das Training abgeschlossen ist, verwenden Sie die Trainingsdatensätze aus dieser Sitzung, um die Prothese zu kalibrieren und anzupassen, damit der Teilnehmer die Steuerung in Echtzeit üben kann. Ermöglichen Sie dem Teilnehmer, die Prothese durch sequentielle proportionale Steuerung oder eine Bewegung nach der anderen frei zu steuern, wobei die Geschwindigkeit des Geräts proportional zum Grad der Muskelkontraktionen ist. Sobald jede der acht Aktionen wiederholbar und zuverlässig ausgeführt wurde, schalten Sie das Steuerungsschema auf proportionale und gleichzeitige Steuerung um, die mehr als eine Bewegung des Handgelenks gleichzeitig zulässt, und lassen Sie den Teilnehmer einfache Aufgaben üben, wie z. B. das Aufnehmen eines einfachen Gegenstands und dessen Ablegen auf die Seite.

Gönnen Sie sich eine Ruhepause von 24 Stunden, bevor Sie die Ergebnisbewertung abschließen. Bewerten Sie abschließend die Leistung des Teilnehmers mit dem shap-Ergebnismaß. Vergleichen Sie die SHAP-Werte mit einer Basismessung unter Verwendung der Standardprothese des Teilnehmers.

Dieses Protokoll beschreibt eine strukturierte Rehabilitationsmethode, die Imitations-, Wiederholungs- und Reinforcement-Learning-Strategien für eine verbesserte multifunktionale prothetische Kontrolle umfasst. Hier werden die SHAP-Werte zwischen der naiven Trainingseinheit zu Beginn und der strukturierten Trainingseinheit verglichen. Die Ergebnisse des ShaP-Outcome-Tests zeigten, dass die größten Verbesserungen bei Aufgaben zu verzeichnen waren, bei denen Beuge- und Streckbewegungen des Handgelenks verwendet wurden, die dieses neue Steuerungsschema und die maßgeschneiderte Prothese gegenüber der Standardprothese des Teilnehmers boten.

Nach diesem Eingriff können Amputierte der oberen Gliedmaßen schnell lernen, gleichzeitige Bewegungen einer fortschrittlichen Prothese zu kontrollieren und gleichzeitig die Sicherheit der traditionellen proportionalen Kontrolle über alle Bewegungen hinweg beizubehalten.